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《哈佛的菲利普基姆应用Nanosurf Flex公理对低维纳米材料的中尺度传输现象进行了调查研究》

  • 来源专题：纳米科技
  • 编译者： chenfang
  • 发布时间：2015-12-04

  • 许多在材料科学和物理科学领域的研究者们现在都对低维材料有浓厚的兴趣。低维材料有可能从根本上改变材料和设备是如何建造以及功能化的。

    在哈佛大学，基姆实验室利用Nanosurf Flex公理的原子力显微镜对各种材料进行研究，包括石墨烯片。该公理为基姆的团队提供了性能和易用性的正确组合，以有效地解决和描述一些前沿材料。AFM已被安装在其他设备旁的mbraun手套箱，包括signatone探针台。通过这样的安排，该Nanosurf系统能够在一个保持＜1ppm O2和H2 O＜1ppm的环境中有效运作。

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相关报告

  • 《国家纳米科学中心在二维材料范德华界面力学研究取得新进展》
    • 来源专题：中国科学院文献情报制造与材料知识资源中心—领域情报网
    • 编译者：万勇
    • 发布时间：2021-11-26
    • 近日，国家纳米科学中心张忠研究员、刘璐琪研究员团队在范德华界面力学行为研究方面取得重要进展。相关研究成果以“Elastocapillary cleaning of twisted bilayer graphene interfaces”在线发表于Nature Communications (12, 5069, 2021. https://doi.org/10.1038/s41467-021-25302-2）。 以石墨烯为代表的二维材料具有优异的力、电、光、热等物性。通过逐层堆垛组装构筑的范德华同质/异质结体系可进一步拓展其性能，如特定角度堆叠的双层转角石墨烯表现出超导、超滑等物理力学行为。由于二维材料的大比表面积特性，在构筑范德华同质/异质结过程中，不可避免地夹杂空气中水分子等杂质并聚集形成微纳米尺度鼓泡。一方面受到污染的范德华界面预期会显著降低微纳米器件的性能。另一方面，这种微纳米尺度鼓泡具有高压、限域、大变形等特征，为二维材料应变工程、高压化学、限域催化、电镜下液体池等多领域提供了新的研究契机。因此，如何克服鼓泡污染实现范德华界面原子级洁净、鼓泡应变大小及分布、压差等因素是二维材料制备、转移、物性测量及应用中不可回避的关键问题。 针对同质/异质范德华材料界面力学行为难于测量与表征这一难题。研究团队提出角度可控范德华同质/异质结构筑新策略，实现了转角双层石墨烯制备（ACS Appl. Mater. & Interfaces, 2020; 12(36): 40958-67）。该工作中，研究团队借助侧向力显微镜技术表征转角石墨烯莫尔云纹，实现了对范德华界面洁净度的可视化表征。借助毛细力辅助转移技术引入水、乙醇等介质构筑了纳米级液泡。在弹性能和界面能竞争机制下纳米液泡呈现几何自相似性，具有特定弹性毛细参数。在探针力的激励下石墨烯范德华界面表现出自清洁现象；得益于液泡的边缘失稳，相邻液泡间发生“长程”作用诱导纳米液泡发生自发融合。研究揭示了不同于传统奥斯特瓦尔德熟化机制下二维材料弹性能对融合过程的影响和贡献。通过理论分析结合微孔鼓泡实验技术，进一步研究了预张力对弹性毛细参数和液泡间“长程”相互作用影响及调控，相关机制得到分子动力学模拟支持和验证。 张忠研究员课题组长期致力于低维微纳米材料及结构力学行为研究，在该领域有着深厚的研究经验积累。通过自主搭建的微纳米尺度鼓泡技术-原子力显微术-显微拉曼光谱联用测试表征技术平台，近5年先后实现了双层石墨烯层间范德华界面可控剪切变形与界面剪切应力测量（Phys. Rev. Lett. 2017）；揭示界面强弱差异对微纳米尺度鼓泡应变分布及大小的影响，提出预测纳米尺度不同形状鼓泡应变大小和分布的理论解（Phys. Rev. Lett. 2018，封面）；实现了纳米级厚度二维材料弯曲刚度实验测量。由于层间范德华界面剪切变形和滑移影响，材料本征力学参数弯曲刚度和杨氏模量表现为独立力学参量，传统薄板理论中弯曲刚度与厚度关系不再适用（Phys. Rev. Lett. 2019, 封面）；并对以上研究成果在应变工程、纳米复合材料等领域的影响进行了评述，揭示微纳米尺度界面力学在多学科领域研究中的重要影响（Adv. Mater. 2019, Compos. A 2021）。 中国科学技术大学在国家纳米中心联合培养侯渊博士、美国德州大学奥斯丁分校戴兆贺博士、清华大学张帅博士为论文共同第一作者，分子动力学模拟由清华大学冯诗喆博士完成。国家纳米科学中心刘璐琪研究员、张忠研究员，清华大学李群仰教授、徐志平教授为该工作的通讯作者。该系列工作先后得到了国家自然科学基金委项目重大和重点项目、中国科学院战略性先导科技专项B类、科技部重大科学研究计划等项目的共同资助。 原文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-021-25302-2。
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  • 《研究人员探索纳米材料的生物效应》
    • 来源专题：纳米科技
    • 编译者：郭文姣
    • 发布时间：2019-12-19
    • 尽管纳米技术日益普及，但纳米颗粒的风险评估是一个艰巨的过程，给德国联邦风险评估研究所(BfR)带来了相当大的困难。 为了确定更有效的测试技术，一个研究小组，包括来自BfR和亥姆霍兹环境研究中心(UFZ)的科学家，仔细检查了纳米材料的生物影响。研究结果发表在《颗粒和纤维毒理学》杂志上。 纳米材料的应用范围很广，从建筑材料到染料，从医药到电子和化妆品。它们可以在各种不同的应用中找到，但这些材料的性质尚不清楚。 纳米材料的定义完全取决于它们的大小。1到100纳米之间的材料称为纳米材料。 克里斯汀·舒伯特博士，亥姆霍兹环境研究中心分子系统生物学系 为了直观地了解纳米材料的微小尺寸，1纳米仅仅是1毫米的百万分之一。由于纳米材料非常小，它们可以很容易地穿透人体——例如，通过胃肠道、皮肤和肺部，它们可以导致不利的影响。 与传统化学物质类似，纳米材料在工业化生产、使用和商业化之前也应该进行健康危害检测。 每一种纳米材料现在都在单独进行测试。此外，每个纳米材料变体都需要单独的测试，因为即使是最微小的变化——例如表面或尺寸特性——也会影响毒性。 纳米材料的风险评估有时是困难和非常耗时的。待测物质的清单每天都在变长，因为纳米技术正在成为一项具有广泛应用的关键技术。因此，我们迫切需要找到更有效的风险评估的解决方案。 Andrea Haase博士，德国联邦风险评估研究所 但是如何恰当地将纳米材料分类呢?它们的效果有相似之处吗?材料的哪些特性与这些效应有关?在这项新的研究中，BfR和UFZ的研究人员以及行业代表合作回答了这些问题。 舒伯特补充说:“我们关注的是生物效应，并研究了哪些分子和信号通路会受到哪些纳米材料的影响。” 研究人员进行了体外实验，他们将大鼠肺部的上皮细胞暴露在不同类型的纳米材料中，然后观察细胞内的变化。为了完成这项任务，研究人员使用了所谓的多组学技术——他们首先检测各种氨基酸和脂质以及数千种细胞蛋白，并分析细胞内重要的信号通路。 然后，在一种创新的生物信息学分析方法的帮助下，他们评估了大量的数据并得出了一些有趣的结果。 我们能够证明，具有毒性作用的纳米材料最初会引发氧化应激，而在这个过程中，细胞中的某些蛋白质会被上调或下调。在未来，这些关键分子可以作为生物标记物来快速有效地检测和提供纳米材料潜在毒性作用的证据。 克里斯汀·舒伯特博士，亥姆霍兹环境研究中心分子系统生物学系 如果纳米材料具有高水平的毒性，就会导致氧化应激的增加。随后是炎症过程的发展，细胞在特定的时间点后死亡。 “我们现在对纳米材料如何影响细胞有了更好的理解，”Haase补充说。“在生物标志物的帮助下，我们现在可以检测到比以前更低的毒性反应。” 此外，科学家们还发现了细胞代谢变化与纳米材料特性之间的明显联系。 “例如，我们能够证明，表面积大的纳米材料对细胞的影响与表面积小的纳米材料截然不同，”舒伯特补充说。 了解在毒性作用中起主要作用的参数类型将是非常有用的。这意味着纳米材料可以在制造过程中得到改善，例如，通过微小的改变，从而减少有害影响。 舒伯特说:“我们的研究使我们向前迈进了几大步。”“我们第一次广泛地分析了毒性作用背后的生物机制，根据其生物效应将纳米材料分类，并为新的检测方法确定了关键的生物标志物。” BfR的安德里亚·哈斯非常高兴:“研究结果对未来的工作很重要。它们将有助于为纳米材料的有效、可靠的风险评估提供新概念，并为我们确定前进的方向。”
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